典型难变形高温合金热加工行为研究

关键词： GH710，GH720Li，热加工行为，塑性损伤，再结晶机制
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北京科技大学硕士学位论文
Investigations on Hot-working Behaviors of Typical Hard-to-deform Superalloys Abstract
As key materials in modern aeroengine, the hard-to-deform superalloys, represented by GH710 and GH720Li, are difficult to process and easy to crack, resulting in low percent of pass. Means of thermodynamic calculaton, hot processing simulation, metalloscope, SEM and TEM are applied to study the hot-working behaviors of GH710 and GH720Li, aiming at providing theoretical support for production. According to the results of Thermal Calc and SEM, the original microstructure of GH710 consists of gamma prime, MC and M23C6 carbides as also as eutectic phases. There do not exist obvious peak value in the flow stress curves of GH710 and recrystallization is effected by numberous precipitates in matrix. Macroscopic cracks arise on the surface of test samples, to some extent, under all the conditions during hotworking and further study show that the driving force of ductile damage during processing is peripheral stress; microcracks and holes would expand and joint through grainboundries after nucleation at MC carbides and eutectic phases, which act as damage sources, leading to entirely collapse. The MC centred gamma prime can increase the critical stress for crack nucleation and growth by the effect of internal stress, making damage value under the precipitation temperature of gamma prime much lower than the highers. The reansonable hot working parameters for GH710 are 1130℃ and 0.01s-1 according to the overall analysis of several factors and a deformation lager than 50% in one time should be avoided . Compared to GH710 alloy, GH720Li, with much lower carbon content, shows improvement on hot workability while its recrystallization grains are restricted by precipitates. The results of SEM and TEM show the dominant soften mechanism of GH720Li during hotworking at 1100℃ and following air cooling is recovery and recrystallization may occur in few suitable grains with the nucleation mechanism of growth and merging of subgrains. Recrystallization is limited in several grains due to the great content of gamma prime phase in matrix. During annealing for 10min at 1110℃, the nucleation of recrystallization may occur in dislocations pile-up areas located in the juncture of several grains or by strain induced boundary migration(SIBM) but the whole recrystallizing process would be confined when the content of retained primary gamma prime phase reach to the stable value, proving deformation structure in this alloy can not be eliminated by
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典型难变形高温合金热加工行为研究
simply increasing annealing time at relatively low temperature.
Key Words： GH710, GH720Li, hotworking behavior, ductile damage, recrystallization mechanism
研究生姓名：李强 指导教师姓名：董建新 北京科技大学材料科学与工程学院 北京 100083，中国
Master Degree Candidate： Li Qiang Supervisor： Dong Jianxin School of Materials Science and Engineering University of Science and Technology Beijing 30 Xueyuan Road，Haidian District Beijing 100083，P.R.CHINA
典 型 难 变 形 高 温 合 金 热 加 工 行 为 研 究
李 强
北 京 科 技 大 学
密
公开 级：_____________
论文题目：典型难变形高温合金热加工行为研究
学 作
S20100586 号：_________________________ 李强 者：_________________________
指 导 教 师： 指导小组成员：
董建新 教授 董建新 教授 张麦仓 副教授
单位： 单位： 单位：
北京科技大学 北京科技大学 北京科技大学
论文提交日期：2012 年 12 月 10 日 学位授予单位：北 京 科 技 大 学
北京科技大学硕士学位论文
致
谢
本文的完成，首先感谢导师董建新教授在整个研究过程中给予我的悉心 指导和帮助。董老师开阔的专业视野和严谨的治学态度深深地感染了我，使 我体会到了做学问和做人的深刻要义，在各个方面都受益匪浅。 其次要衷心地感谢张麦仓老师。在实验方面，从实验方案的设计、设备 的选择、试样的加工到结果的分析，张老师都亲自参与，给予了我很多宝贵 的指导和建议。在论文撰写方面，张老师不仅全面地指导我完成论文，还对 我的论文进行了认真细致的审阅并提出了中肯的修改建议。在此，对张老师 给予我的全面指导和悉心帮助再次表达我诚挚的谢意和深深的感激。 在实验及论文撰写过程中，我遇到了很多困难和阻碍，感谢实验室各位 师兄师姐师弟师妹们的鼓励和帮助，感谢你们给了我前进的动力，感谢你们 给予我各方面的知识指点，让我能积极地面对这些难题，勇敢地走下去。 感谢国家航空学科基金对本课题的赞助，感谢宝钢特钢分公司及攀钢长 城特钢分公司提供实验原材料，感谢材料学院实验中心各位老师对实验的支 持。 最后，再次向所有帮助过我的老师同学们表示我最诚挚的谢意，谢谢！
TG146.1 分类号：____________
密
公开 级：______________
ＵＤＣ：____________
１０００８ 单位代码：______________
北京科技大学硕士学位论文
Fra Baidu bibliotek
论文题目：
典型难变形高温合金热加工行为研究
李强 作者：_________________________
材料科学与工程 专 业 名 称：_________________________ 2012 年 12 月 10 日
典型难变形高温合金热加工行为研究
Investigations on Hotworking Behaviors of Typical Hard-to-deform Superalloys
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目
致 摘
录
谢 ............................................................................................................................ I 要 ..........................................................................................................................III
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北京科技大学硕士学位论文
摘
要
作为现代航空发动机中的关键材料，以 GH710 及 GH720Li 合金为代表 的难变形高温合金具有热加工困难并容易开裂的特点，致使实际生产中成品 率很低。本文通过热力学计算、热模拟加工实验及金相、扫描电镜、透射电 镜等手段系统研究了 GH710 及 GH720Li 合金的热加工行为，旨在为这两种 合金的生产工艺确立提供理论指导。 根据 Thermal Calc 热力学计算软件及扫描电镜观察，GH710 原始态组织 由 γ＇相、MC、M23C6 碳化物及共晶组织组成。合金热加工流变曲线峰值不 明显，再结晶过程受到基体内大量第二相的影响。在不同变形条件下试样均 发生了一定程度的开裂现象，进一步的研究表明：合金塑性损伤驱动力为周 向拉伸应力，基体中大量 MC 碳化物及共晶组织起到了损伤源的作用，微裂 纹及空洞形核后沿晶界扩展并连接导致合金开裂。以 MC 碳化物及共晶组织 为核心析出的 γ＇相能够通过其内应力的作用提高裂纹形核及扩展的临界应 力，使合金损伤值明显降低。综合各因素影响可确定 GH710 合金的适宜加工 条件为 1130℃、0.01s-1，并应避免单次变形量大于 50%。 相对于 GH710 合金，大幅降低碳含量的 GH720Li 合金热加工性有所提 高， 但其晶粒组织受到析出相的强烈影响。 扫描电镜及透射电镜的结果表明： GH720Li 合金在 1100℃热变形及其后的空冷过程中的主要软化机制为回复过 程，部分晶粒可通过亚晶合并和亚晶长大的方式进行再结晶形核；大量一次 γ＇相的存在使再结晶过程局限于部分晶粒内部只而无法向周围变形晶粒长 大。经 1110℃退火 10min 后，再结晶晶粒可通过应变诱导晶界弓弯及位错塞 积区等多种机制进行形核，但随着一次 γ＇相达到该温度下的稳定量，合金 整体再结晶进程将再次受到抑制， 单纯增加退火时间无法完全消除变形组织。